En fata morgana er en type optisk illusjon eller luftspeiling som skjer når lysstråler bøyes gjennom lag av varm og kald luft slik at du kan se ting som egentlig ikke er der, eller at noe ser ut som at det flyter eller er forvrengt.
Noen eksempler på dette kan være at man noen ganger kan få øye på skip på havet som svever over horisonten, eller at man i ørkenen «ser» vann i horisonten.
Navnet Fata morgana kommer fra trollkvinnen i legenden om Kong Arthur, Morgan Le Fay, som kunne forandre form.